[發(fā)明專利]一種用在雙極型集成電路中的高速結(jié)型場效應(yīng)晶體管

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310615925.2
• 申請日: 2013-11-27
• 公開（公告）號: CN103618005A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 不公告發(fā)明人
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州貝克微電子有限公司
• 主分類號: H01L29/808
• 分類號: H01L29/808;H01L29/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一般半導(dǎo)體晶體管器件和很特別的高速結(jié)型場效應(yīng)晶體管。

背景技術(shù)：

結(jié)型場效應(yīng)晶體管使用在雙極型集成電路中是已知的。運(yùn)行速度快是這種晶體管的一個(gè)重要特點(diǎn)。單片雙極型場效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)包括頂部和底部柵極，頂部柵極在晶體管的溝道區(qū)包含一個(gè)輕摻雜區(qū)，頂部和底部柵極通過半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)電氣連接。重?fù)诫s區(qū)將柵極電導(dǎo)從5-15千歐姆/平方范圍降低到500-1500歐姆/平方。結(jié)型場效應(yīng)晶體管具有獨(dú)立的上部和下部柵極觸頭是眾所周知的。現(xiàn)有技術(shù)顯示使用在上部柵極表面上勢壘金屬來阻止接觸鋁滲透到下面的硅材料。勢壘金屬的使用造成與硅熱不匹配，導(dǎo)致在熱循環(huán)過程中滯后影響裝置的降解。

本發(fā)明是針對改善高速的雙極型場效應(yīng)晶體管。簡單地說，一個(gè)高摻雜多晶硅柵極觸頭形成在薄的表面上，輕摻雜頂部柵區(qū)在源極和漏極區(qū)之間延伸。如果需要的話，離子注入硅柵極觸頭，電氣隔離底部接觸，從而使終端設(shè)備操作。例如，一個(gè)金屬觸頭如鋁可以被放置在多晶硅層表面來進(jìn)一步減小阻力。多晶硅層抑制鋁接觸金屬通過鋁觸頭擴(kuò)散到柵極和溝道區(qū)。在多晶硅柵極觸頭下面的輕摻雜的頂部柵層通過重?fù)诫s擴(kuò)散高摻雜的多晶硅層來增加其電導(dǎo)率。根據(jù)本發(fā)明，柵極電阻可以被減小到1-40歐姆/平方。多晶硅層允許高溫處理和在表面形成熱氧化層。

發(fā)明內(nèi)容：

因此，本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)的硅雙極型場效應(yīng)晶體管。

另一項(xiàng)發(fā)明目的是提供一種提高運(yùn)行速度的雙極型場效應(yīng)晶體管。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種熱循環(huán)下不會(huì)退化設(shè)備性能的雙極型場效應(yīng)晶體管。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案：

當(dāng)采用附圖說明時(shí)，本發(fā)明的目的和功能將從下面的詳細(xì)描述和相關(guān)的權(quán)利要求更明顯。

對比專利文獻(xiàn)：CN202004739U全自動(dòng)固態(tài)斷路器201120104648.5

附圖說明：

根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，圖1是一個(gè)雙極型場效應(yīng)三極管設(shè)備的截面圖。

根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，圖2是另一個(gè)雙極型場效應(yīng)三極管設(shè)備的截面圖。

根據(jù)本發(fā)明的體現(xiàn)，圖3是一個(gè)雙極型場效應(yīng)三極管設(shè)備的截面圖。

根據(jù)本發(fā)明的另一體現(xiàn)，圖4是一個(gè)截面圖。

具體實(shí)施方式：

圖1和圖2是現(xiàn)有技術(shù)的雙極型場效應(yīng)晶體管設(shè)備的截面圖。根據(jù)圖1，一個(gè)N型外延層10形成在P型硅襯底12的表面上，裝置區(qū)域被P+隔離擴(kuò)散環(huán)14定義。一個(gè)N+埋層16通過摻雜外延生長層10的襯底12的表面區(qū)域形成。一個(gè)雙極型場效應(yīng)晶體管形成在具有一個(gè)源極區(qū)18和一個(gè)由擴(kuò)散摻雜離子P+形成的空漏極區(qū)20的外延層10上。一個(gè)柵極觸頭22由擴(kuò)散摻雜離子N+形成。一個(gè)P型溝道24由在源極和柵極區(qū)之間18,20離子注入形成，一個(gè)輕摻雜頂部柵極層26由源極和漏極區(qū)表面離子注入形成。N型頂部柵極層26與通過外延結(jié)構(gòu)被外延層10定義的底部柵極接觸相互關(guān)聯(lián)。金屬觸頭28被制成源區(qū)，漏區(qū)和柵區(qū)。

為了提高如圖1所示的設(shè)備的速度，如圖2所示的結(jié)構(gòu)，在輕摻雜頂部柵極接觸區(qū)26的高摻雜區(qū)30由通過離子注入選擇性地引入N型摻雜劑形成。N+區(qū)30與底部柵極電氣互聯(lián)，包括通過外延結(jié)構(gòu)的外延層10。由于增加了N+層30的電導(dǎo)率，柵極電阻從圖1裝置的大約5-15千歐姆/平方減小到圖2裝置的500-1500歐姆/平方。柵極電阻的減小導(dǎo)致運(yùn)行速度的顯著提高。

根據(jù)本發(fā)明，圖3是一個(gè)硅雙極型場效應(yīng)晶體管的截面圖。根據(jù)本發(fā)明，高摻雜的多晶硅接觸面32被制作為一個(gè)輕摻雜頂部層26的中間部分，與源極和漏極區(qū)18,20間隔。如圖3所示，一個(gè)高摻雜區(qū)30被提供在接觸面32下面的輕摻雜柵層26上，作為圖2的體現(xiàn)。然而，圖3裝置的運(yùn)行速度的增加主要取決于如下所述的高電導(dǎo)接觸的提供，其次才是高摻雜區(qū)30的提供。因此，區(qū)域30的提供對本發(fā)明是必不可少的。

在第一種體現(xiàn)上，例如，接觸面包括一個(gè)高摻雜多晶硅薄層32和一個(gè)提供在頂部接觸面32上的鋁金屬層34，從而進(jìn)一步增加觸頭的電導(dǎo)率和進(jìn)一步提高運(yùn)行速度。高摻雜的多晶硅層32不僅增加接觸到柵區(qū)30的電導(dǎo)率，而且抑制在隨后的高溫處理步驟中鋁接觸的沖壓，并提供雜質(zhì)擴(kuò)散到區(qū)域30中來提高電導(dǎo)率。多晶硅層與襯底熱匹配，從而最大限度地減小在熱循環(huán)中裝置的降解。

頂部柵極接觸與底部柵極接觸隔離，從而提供了一個(gè)四端裝置。頂部柵極金屬觸頭34的較小面積降低了寄生電容和泄漏電流。

圖4顯示了一個(gè)沒有高導(dǎo)區(qū)30的發(fā)明。多晶硅層的雜質(zhì)不僅可以擴(kuò)散到在柵區(qū)26下面，而且也可擴(kuò)散到用虛線36顯示的溝道區(qū)。這有效地降低了通道的厚度和增加運(yùn)行的頻率。

在輕摻雜頂部柵層和擴(kuò)散到那里的雜質(zhì)中的一個(gè)高摻雜柵極觸頭的提供減少頂部柵極電阻到1-40歐姆/平方。這種低電阻，加上雙極型場效應(yīng)晶體管的四終端的運(yùn)行，提高運(yùn)行速度，大大超過了現(xiàn)有技術(shù)的雙極型場效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)。